本發(fā)明屬于熱電偶測溫儀，具體涉及一種基于MAX31856的熱電偶測溫儀及測試方法。
背景技術：
：溫度是工業(yè)生產和科研過程中一個重要的技術指標。目前，主要使用鉑電阻和熱電偶測量溫度。鉑電阻溫度傳感器具有測量精度高、重復性好、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，但其缺點是測溫響應時間較慢；熱電偶溫度傳感器具有構造簡單、溫度測量范圍寬、測溫響應時間相對較快等優(yōu)點，缺點是需要進行冷端補償、測量精度略差、溫度測量存在非線性補償問題。本文介紹一種熱電偶測溫電路，很好的解決了熱電偶冷端補償、非線性校正問題，有助于各種分度號的熱電偶在科研、生產過程中得到廣泛使用。技術實現(xiàn)要素：要解決的技術問題為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種基于MAX31856的熱電偶測溫儀及測試方法，很好的解決了熱電偶冷端補償、非線性校正問題，有助于各種分度號的熱電偶在科研、生產過程中得到廣泛使用。技術方案一種基于MAX31856的熱電偶測溫儀，其特征在于包括熱電偶、MAX31856熱電偶模數(shù)數(shù)字轉換器和ARM主控芯片；熱電偶與MAX31856熱電偶模數(shù)數(shù)字轉換器的連接關系為：熱電偶兩端分別通過2KΩ電阻連接T+和T-端口，其中連接T-端口的熱電偶一端通過2KΩ電阻連接BIAS端口；T+和T-之間連接100nF電容，AVDD端口連接0.1μF陶瓷電容，旁路至GND；T+與GND之間連接10nF電容，T-與GND之間連接10nF電容；MAX31856熱電偶模數(shù)數(shù)字轉換器與ARM主控芯片通過SPI接口進行數(shù)據(jù)交換；ARM主控芯片將溫度測量值通過SPI接口輸出至OLED進行實時顯示。所述100nF電容為陶瓷表貼電容。一種利用所述任一項基于MAX31856的熱電偶測溫儀測試溫度的方法，其特征在于步驟如下：步驟1：主控芯片根據(jù)所使用的熱電偶分度號，讀取MAX31856熱電偶模數(shù)轉換器中經過冷端自動補償后的溫度值，同時讀取熱電偶狀態(tài)數(shù)據(jù)；步驟2：主控芯片根據(jù)熱電偶狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷熱電偶是否工作正常？如果熱電偶有故障，則顯示故障類型并排除故障；如果熱電偶工作正常則進行下一步；步驟3：主控芯片將溫度值送OLED進行實時顯示，將溫度值通過串口上傳至工控機存儲或顯示。有益效果本發(fā)明提出的一種基于MAX31856的熱電偶測溫儀及測試方法，選擇Maxim公司最新推出的MAX31856作為熱電偶數(shù)字轉換器。MAX31856內置19位模/數(shù)轉換器(ADC)。MAX31856具有內部溫度傳感器，可進行熱電偶冷端自動補償功能。MAX31856內部具有支持不同分度號的熱電偶的溫度查詢表，溫度查詢表可對熱電偶溫度數(shù)據(jù)進行非線性修正。本發(fā)明解決了熱電偶冷端補償問題、解決了熱電偶測溫的非線性校正問題。該測溫儀的溫度分辨能力為0.0078125℃。熱電偶電壓測量精度達±0.15％。本測溫儀即可便攜使用，也可與電腦相連實時顯示數(shù)據(jù)，極大方便工程技術人員的工作，具有一定的實用價值。附圖說明圖1：熱電偶原理圖圖2：MAX31856內部結構圖3：采用MAX31856與熱電偶的接線測溫電路圖4：熱電偶測溫儀原理圖圖5：本方法測溫流程示意圖具體實施方式現(xiàn)結合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：1.熱電偶冷端補償原理兩種不同材質的導體A、B組成的閉合回路就構成了熱電偶。同一導體當其兩端存在溫度差時，回路中就會產生電流，此時兩端之間就存在電動勢，該電動勢被稱為熱電勢。熱電偶兩端為兩個熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為冷端(自由端)，冷端通常處于某個恒定的溫度。根據(jù)熱電偶測溫原理可知,熱電偶產生的總電動勢等于兩個接點所產生的熱電動勢之差。EAB(T,T0)＝EAB(T)-EAB(T0)(1)EAB(T,T0)：通過測量得出的熱電勢；EAB(T)：熱端的電動勢；EAB(T0)：冷端的電動勢；當T0＝0℃時：EAB(T,0)＝EAB(T)-EAB(0)(2)用(2)減去(1)得：EAB(T,0)-EAB(T,T0)＝(EAB(T)-EAB(0))-(EAB(T)-EAB(T0))(3)EAB(T,0)-EAB(T,T0)＝EAB(T0)-EAB(0)(4)因為：EAB(T0)-EAB(0)＝EAB(T0,0)(5)所以：EAB(T,0)-EAB(T,T0)＝EAB(T0,0)(6)EAB(T,0)＝EAB(T,T0)+EAB(T0,0)(7)EAB(T,0)：補償后的熱電偶電動勢；EAB(T,T0)：通過測量得出的熱電勢；EAB(T0,0)：冷端溫度T0相對0℃時的熱電勢。由公式(7)可見，只要將實測熱電勢EAB(T,T0)加上冷端修正熱電勢EAB(T0，0)就可得到熱電偶熱電勢EAB(T,0)，然后通過查標準分度表，即可得知熱端溫度。2.溫度變換器MAX31856MAX31856是美國MAXIM公司生產的帶有冷端補償、非線性校正、熱電偶開路檢測、熱電偶故障檢測的熱電偶模數(shù)轉換器。它的溫度分辨能力為0.0078125℃。熱電偶電壓測量精度達±0.15％。冷端補償范圍為-20～+85℃，工作電壓為3.3V。在工業(yè)溫度測控場合，熱電偶因其價格便宜、測量范圍寬而得到廣泛的使用.但它往往需要冷端補償，且電路較復雜，調試麻煩。而MAXIM公司生產的熱電偶模數(shù)轉換器MAX31856不但可將模擬信號轉換成19bit的數(shù)字量，而且自帶冷端補償、非線性校正。其溫度分辨能力達0.0078125℃,可以滿足絕大多數(shù)工業(yè)應用場合。MAX31856采用SO-14封裝，體積小，可靠性好。MAX31856內部結構MAX31856熱電偶數(shù)字轉換器內部結構如圖2所示。主要功能包括：輸入保護、故障檢測、可編程增益放大器、19位模/數(shù)轉換器(ADC)、熱電偶非線性校正、冷端補償檢測和補償、數(shù)字控制器、SPI串行接口。采用MAX31856的測溫電路使用MAX31856測溫時，將熱電偶引線連接到輸入T+和T-。如圖3所示，確保要將熱電偶引線連接到正確的輸入端。BIAS輸出偏置大約在0.735V，將BIAS輸出連接到T-，使熱電偶偏置在共模輸入范圍之內。MAX31856內置±45V輸入保護電路，可防止T+、T-或BIAS上的過壓造成IC損壞。為防止出現(xiàn)可能發(fā)生的較大的輸入故障，應增加輸入保護電路。給T+、T-及BIAS端串聯(lián)合適的電阻能夠提高MAX31856承受的故障電壓的能力。由于涉及到小信號處理，熱電偶溫度測量很容易受電源耦合噪聲的影響。在靠近VDD引腳的位置安裝0.1μF陶瓷電容，旁路至GND，將電源噪聲的影響降至最低。輸入放大器為低噪聲放大器，該放大器可以對輸入進行高精度檢測。確保熱電偶和連線遠離電氣噪聲源。在T+和T-引腳之間安裝100nF陶瓷表貼電容，以濾除熱電偶引線上的噪聲。在噪聲水平較高的環(huán)境下，尤其是明顯的射頻場，除了T+和T-之間的100nF電容外，還應在T+和GND之間安裝一個10nF電容，在T-和GND之間也安裝一個10nF電容。根據(jù)噪聲的性質，可修改這些電容值。噪聲源較大時，可能需要采取其它技術措施，例如增加串聯(lián)電阻以及屏蔽熱電偶引線和電路板。MAX31856工作原理：MAX31856輸入放大器和ADC對熱電偶的輸出電壓EAB(T,T0)進行放大和數(shù)字轉換。內部溫度傳感器測量冷端溫度EAB(T0,0)。利用內部查找表(LUT)，確定所選熱電偶類型與冷端溫度對應的ADC編碼。將熱電偶編碼和冷端編碼進行求和，產生與冷端補償熱電偶溫度對應的編碼。最后，利用LUT得到以℃為單位的冷端補償輸出碼。熱電偶測溫儀設計，見圖4設計目的：熱電偶測溫儀可支持不同分度號的熱電偶(K、J、N、R、S、T、E和B)進行溫度測量。熱電偶測溫儀具有熱電偶開路、熱電偶故障檢測功能。為提高熱電偶測溫儀的可靠性，該熱電偶測溫儀具有對50Hz和60Hz噪聲及其諧波的抑制功能。該熱電偶測溫儀具有通過串口上傳溫度數(shù)據(jù)功能、具有便攜顯示實時溫度數(shù)據(jù)功能。熱電偶測溫儀的連接及工作原理選擇Maxim公司最新推出的MAX31856作為熱電偶數(shù)字轉換器。MAX31856內置19位模/數(shù)轉換器(ADC)。MAX31856具有內部溫度傳感器，可進行熱電偶冷端自動補償功能。MAX31856內部具有支持不同分度號的熱電偶的溫度查詢表，溫度查詢表可對熱電偶溫度數(shù)據(jù)進行非線性修正。選擇意法半導體的stm32f405芯片作為主控芯片。該芯片支持單精度浮點運算，系統(tǒng)時鐘168MHz。該芯片適合用于做控制研究?；贛AX31856的熱電偶測溫儀包括熱電偶、MAX31856熱電偶模數(shù)數(shù)字轉換器和ARM主控芯片；熱電偶與MAX31856熱電偶模數(shù)數(shù)字轉換器的連接關系為：熱電偶兩端分別通過2KΩ電阻連接T+和T-端口，其中連接T-端口的熱電偶一端通過2KΩ電阻連接BIAS端口；T+和T-之間連接100nF電容，AVDD端口連接0.1μF陶瓷電容，旁路至GND；T+與GND之間連接10nF電容，T-與GND之間連接10nF電容；MAX31856熱電偶模數(shù)數(shù)字轉換器與ARM主控芯片通過SPI接口進行數(shù)據(jù)交換；ARM主控芯片將溫度測量值通過SPI接口輸出至OLED進行實時顯示。測試時，本測溫儀連接JUMOK型熱電偶。將K型熱電偶放入恒溫箱中，測量的數(shù)據(jù)如下：序號恒溫箱設定值(℃)熱電偶反饋值(℃)偏差(℃)14039.760.2425049.870.1336059.860.1447069.970.0358079.770.2369089.690.31710099.70.38110109.940.06從實測數(shù)據(jù)可以看出：在40℃～110℃范圍內,使用K型熱電偶時，本測溫儀的測量精度可達到:±0.5℃。本發(fā)明的基于MAX31856的熱電偶測溫儀,解決了熱電偶冷端補償問題、解決了熱電偶測溫的非線性校正問題。該測溫儀的溫度分辨能力為0.0078125℃。熱電偶電壓測量精度達±0.15％。本測溫儀即可便攜使用，也可與電腦相連實時顯示數(shù)據(jù)，極大方便工程技術人員的工作，具有一定的實用價值。當前第1頁1 2 3